全自動液壓專用機(jī)床改造設(shè)計(jì)
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摘 要
車床是主要用車刀對旋轉(zhuǎn)的工件進(jìn)行車削加工的機(jī)床,而專用機(jī)床一般采用多軸、多刀、多工序、多面或多工位同時(shí)加工的方式,生產(chǎn)效率比通用機(jī)床高幾倍至幾十倍。由于通用部件已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化和系列化,可根據(jù)需要靈活配置,能縮短設(shè)計(jì)和制造周期。因此專用機(jī)床兼有低成本和高效率的優(yōu)點(diǎn),在大批、大量生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用,并可用以組成自動生產(chǎn)線。
專用機(jī)床一般用于加工箱體類或特殊形狀的零件。加工時(shí),工件一般不旋轉(zhuǎn),由刀具的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動和刀具與工件的相對進(jìn)給運(yùn)動,來實(shí)現(xiàn)鉆孔、擴(kuò)孔、锪孔、鉸孔、鏜孔、銑削平面、切削內(nèi)外螺紋以及加工外圓和端面等。有的組合機(jī)床采用車削頭夾持工件使之旋轉(zhuǎn),由刀具作進(jìn)給運(yùn)動,也可實(shí)現(xiàn)某些回轉(zhuǎn)體類零件(如飛輪、汽車后橋半軸等)的外圓和端面加工。
本設(shè)計(jì)是把6136普通車床改造成全自動液壓專用機(jī)床，對車床結(jié)構(gòu)作了設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)過程中考慮到車床的形成工藝，床身的受力分析和床身的熱態(tài)分析。該設(shè)計(jì)滿足了全自動液壓專用機(jī)床的加工精度要求，整體性能穩(wěn)定。
關(guān)鍵詞：刀架拖板；液壓缸；上料機(jī)構(gòu)；分析
Abstract
Lathe is mainly used tool for rotating workpiece turning processing machine tools, and special machine tools commonly used multi-spindle, multi-tool, process, surface or transfer process at the same time, the production efficiency is higher than general machine tools several times or more. Due to gm parts have standardization and seriation, can be flexibly configured according to need, to shorten design and manufacturing cycle. So dedicated machine tool has both the advantages of low cost and high efficiency, is widely used in large, mass production, and can be used to form automatic production line.
Dedicated box is generally used in the machine or special shaped parts. When the workpieces are generally not rotate, the by the rotation of the tool movement and relative feed movement of cutting tool and workpiece, to implement a drilling, reaming, counter boring, reaming, boring, milling plane, cylindrical internal and external screw thread and cutting processing and face, etc. Some combination machine tools using turning head clamping workpiece to rotate, the tool feed movement, also can achieve some of the revolving body parts, such as flywheel, vehicle driving axle half shaft, etc.) of the cylindrical and face processing.
This design is put 6136 ordinary lathe to transform into a special machine, automatic hydraulic structure design of the lathe, in the design process of forming process considering lathe bed, bed of the thermal stress analysis and modal analysis. The design of automatic hydraulic meet the special machine machining accuracy requirement, and overall stability.
Key words:Tool carriage apron;hydraulic cylinder;Feeding institutions;analysis
I
目 錄
摘 要 III
Abstract IV
目 錄 V
1 緒論 1
2 零件的工藝性分析 2
3 總體方案的確定 4
4 刀架拖板設(shè)計(jì) 6
4.1 設(shè)計(jì)本部分的重要性 6
4.2 本部分的設(shè)計(jì)方案 6
4.2.1 縱向液壓缸的安置 6
4.2.2 橫向液壓缸的位置 7
4.3 出屑 9
5 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算分析 10
5.1 縱向液壓缸的設(shè)計(jì) 10
5.1.1 液壓缸的類型和安裝形式 10
5.1.2 液壓缸工作壓力的確定 10
5.1.3 液壓缸內(nèi)徑及液壓缸活塞桿直徑的確定 11
5.1.4 液壓缸的推力和流量計(jì)算 12
5.1.5 活塞桿直徑的驗(yàn)算 12
5.1.6 液壓缸長度及壁厚的確定 13
5.1.7 液壓缸外徑的計(jì)算 13
5.1.8 液壓缸進(jìn)出油口尺寸的確定 13
5.1.9 液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 13
5.2 橫向液壓缸的設(shè)計(jì) 14
5.2.1 液壓缸的類型和安裝形式 14
5.2.2 液壓缸工作壓力的確定 15
5.2.3 液壓缸內(nèi)徑及液壓缸活塞桿直徑的確定 15
5.2.4 液壓缸的推力和流量計(jì)算 15
5.2.5 活塞桿直徑的驗(yàn)算 16
5.2.6 液壓缸壁厚的計(jì)算和剎那高度的計(jì)算 16
5.2.7 壓缸外徑液的計(jì)算 16
5.2.8 液壓缸進(jìn)出油口尺寸的確定 16
5.2.9 液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 17
5.3 彈簧的設(shè)計(jì)與計(jì)算 17
5.4 螺桿的校核 18
6 CAM設(shè)計(jì) 20
6.1 襯套的CAM 22
7 結(jié)論與展望 24
7.1 結(jié)論 24
7.2 展望 24
致 謝 25
參考文獻(xiàn) 26
附錄 27
I
全自動液壓專用機(jī)床設(shè)計(jì)——刀架和上料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
1 緒論
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，即使原來屬于新穎，先進(jìn)的機(jī)床也會逐漸變得陳舊，落后，滿足不了產(chǎn)品科類日益增加和質(zhì)量不斷提高的需要，因此，“技術(shù)老化”是客觀規(guī)律。
目前，我國的工廠企業(yè)，除了一些新建單位外，大多數(shù)都存在設(shè)備老化問題，設(shè)備役齡在15年以上，所占比重相當(dāng)大，面對這么多的陳舊設(shè)備應(yīng)該怎樣辦呢？一方面要創(chuàng)造或引進(jìn)新技術(shù)，新工藝，新設(shè)備，進(jìn)行必要的設(shè)備更新。另一方面則要進(jìn)行技術(shù)革新，挖掘設(shè)備潛力，進(jìn)行有效的技術(shù)改造，使舊設(shè)備適應(yīng)新的生產(chǎn)需要。
本設(shè)計(jì)是把6136普通車床改造成全自動液壓專用機(jī)床，這樣生產(chǎn)錠腳時(shí)，生產(chǎn)率大大提高，勞動強(qiáng)度大大降低。而且因?yàn)槭窃谠械呐f設(shè)備進(jìn)行改造，就能夠充分利用原機(jī)床的結(jié)構(gòu)，避免了重新設(shè)計(jì)和制造許許多多的零部件，使工作量大大地減少，節(jié)省很多物質(zhì)，制造成本低，見效快。改造機(jī)床還有一個(gè)顯著的特點(diǎn)是興廢利舊，使原先已淘汰的機(jī)床重見陽光，充分發(fā)揮其使用價(jià)值。
改造后的機(jī)床為全自動液壓專用機(jī)床。專用機(jī)床是加工某種特定零件，完成某些特定工序的專門機(jī)床，他有利于實(shí)現(xiàn)單機(jī)自動化，組成生產(chǎn)自助線，提高勞動生產(chǎn)率的，降低勞動強(qiáng)度。隨著生產(chǎn)率的發(fā)展和自助化程度的提高，專用機(jī)床目前在生產(chǎn)中的應(yīng)用已越來越廣。
本設(shè)計(jì)的主要要求為用6136普通車床改造為全自動液壓專機(jī)加工錠腳的端面和外圓。生產(chǎn)綱領(lǐng)：粗車為600件/班，精車為680件/班。
本設(shè)計(jì)的方案力求簡單可行，工作可靠，便于調(diào)整。
由于設(shè)計(jì)時(shí)間有限，加之實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)不足，設(shè)計(jì)中難免有些錯(cuò)誤，請各位老師批評指正。
2 零件的工藝性分析
工件是機(jī)床改造后的加工對象，也是改造機(jī)床工作的主要依據(jù)之一，故對工件進(jìn)行工藝性分析是必須的。
由于改造后的專用機(jī)床只加工零件的端面和外圓，故在此也只對這道工序的工藝性進(jìn)行分析。
根據(jù)工廠生產(chǎn)錠腳的工藝路線，在進(jìn)行車端面和外圓加工前，C端面，φ16+0.05孔和末端中心孔已經(jīng)加工完畢。在這道工序中，要保證的尺寸精度有11±0.1, φ24以及φ21.5。要保證的位置精度是D端面相對于φ16.25+0.035的錐孔的圓跳動為0.05mm,還有在精車時(shí)，要車0.5mm的退刀槽。在這道工序中，要求達(dá)到的粗糙度為6.3。
從以上的分析中可以看到，這道工序的加工要求并不太高，首先要保證的是位置精度，其次是尺寸精度，粗糙度6.3在精車時(shí)就能夠達(dá)到[1]。
針對桿類零件的加工特點(diǎn)和該零件的具體形狀以及加工要求，我們決定采用短錐銷——頂尖定位，短錐銷定位可限制x,y,z三個(gè)移動自由度。頂尖可限制y,z方面的轉(zhuǎn)動自由度（如下圖2-1所示）。這樣定位后，只剩下一個(gè)需要轉(zhuǎn)動的x方向的轉(zhuǎn)動自由度，故此定位正確[8]。
圖2.1 短錐銷
采用這樣的定位方法之后，如何夾緊工件并使工件旋轉(zhuǎn)呢？經(jīng)過討論，我們決定采用這樣的專用夾具（見下圖2.2）。
圖2.2 專用夾具
在工裝上裝四個(gè)彈簧銷，工件上料時(shí)，可以有兩個(gè)壓在工件下面，幫助落料，另兩個(gè)卡在零件的銑平面上，帶動工件旋轉(zhuǎn)。零件的末端有中心孔，故采用頂尖鎖緊，以此來夾緊工件。設(shè)計(jì)這個(gè)專用夾具，不僅可以完成愛動工件轉(zhuǎn)動的重任，而且還可靠彈簧銷來幫助落料，真是一舉兩得。至此，工件的定位，夾緊已確定。
3 總體方案的確定
針對6136普通車床，根據(jù)對零件的工藝分析和給定的液壓傳動方式知道，由于采用液壓傳動實(shí)現(xiàn)自動化，使用專用夾具夾緊定位，所以要拆掉溜板箱，進(jìn)給齒輪箱，改造刀架拖板和尾架，設(shè)計(jì)夾具和上下料機(jī)構(gòu)，原來車床的床身，床頭箱等則可利用。
根據(jù)以上的條件，我們設(shè)計(jì)了三套方案，一套是采用單刀靠模。采用一把車刀進(jìn)行車端面和兩個(gè)外圓。同時(shí)在縱橫方向上進(jìn)行靠模。如下圖3-1所示。
1－主軸箱 2－夾具 3－死擋鐵 4－尾架 5－刀架拖板 6－鑲條
7－死擋鐵 8－頂針
圖3.1 單刀靠模
單刀靠模在縱橫向都需要靠模，特別是縱向靠模比較麻煩，改造的機(jī)構(gòu)增多。雖然采用單刀靠模車床的抗振性較好，同時(shí)因?yàn)槌粤ο嗤?，光潔度較好，但這樣改造不但復(fù)雜繁瑣，不經(jīng)濟(jì)，而且生產(chǎn)率較低。另一套方案是采用雙刀靠模。則采用兩把刀同時(shí)車外圓，開始時(shí)，利用第一把成形車刀進(jìn)行車端面（精加工時(shí)通過靠模車刀可切出退刀槽）。之后兩把刀同時(shí)進(jìn)行兩個(gè)外圓的車削，見下圖3.2所示：
1—主軸箱 2—定位件 3—尾架 4—刀架拖板 5—鑲鋼 6—死擋鐵
圖3.2雙刀靠模
這套方案比第一套方案設(shè)計(jì)簡單，生產(chǎn)率高，粗糙度在精車時(shí)完全可以達(dá)到，加工零件少，成本低。而且C6136車床能夠承受的軸向抗力為520Kg，徑向抗力為390Kg。遠(yuǎn)遠(yuǎn)地小于390Kg，所以可以看到機(jī)床的剛性是足夠的，故決定采用第二套方案。
在這套方案中，刀具是由兩把車刀組成的，第一把是成形車刀，進(jìn)行車端面，切退刀槽和車外圓。第二把是60°外圓車刀，車φ21.5的小外圓。安裝時(shí)，兩把刀的切削刃間距等于35mm，后一把刀比第一把刀進(jìn)1.75mm。切削時(shí)，先是第一把刀車端面，通過靠模，切出退刀槽，遇到行程開關(guān)之后即進(jìn)行縱車外圓，此時(shí)后面的一把刀也進(jìn)行切削，兩把刀同時(shí)縱車外圓，到后一把刀加工完畢時(shí)，前一把早已切削完畢。這樣這道工序即加工完畢。
加工中，刀具的運(yùn)動是通過行程開關(guān)發(fā)信，死擋鐵限位，由掖壓缸來驅(qū)動[11]。
4 刀架拖板設(shè)計(jì)
4.1 設(shè)計(jì)本部分的重要性
在車床上加工零件，其表面成形運(yùn)動由兩個(gè)運(yùn)動所組成，一是工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，另一個(gè)就是刀具的進(jìn)給運(yùn)動。刀具的進(jìn)給運(yùn)動直接參與切削過程，改變工件的形狀，尺寸和精度。本設(shè)計(jì)中，刀具的進(jìn)給運(yùn)動則是由刀架拖的運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)的。所以，刀架拖板傳動設(shè)計(jì)的合理與否，制造精確與否，直接關(guān)系到機(jī)床的加工質(zhì)量和生產(chǎn)率，反映到加工工件上。工件的加工精度，尺寸要求，以及切削用量等都需要本部分的設(shè)計(jì)來保證?？梢哉f本部分的設(shè)計(jì)在整個(gè)設(shè)計(jì)中占有重要地位[12]。
4.2 本部分的設(shè)計(jì)方案
根據(jù)總體方案來進(jìn)行本部分的設(shè)計(jì)。首先按照課題把C6136改造成用來加工錠腳端面和外圓的全自動液壓專用機(jī)床設(shè)計(jì)以及錠腳的加工精度等，要求進(jìn)行改裝的6136車床具有下列的精度要求：
1. 溜板箱移動對主軸中心線的不平行度允差0.03/300
2. 導(dǎo)軌的直線性允差每米不可超過0.01~0.05mm
3. 導(dǎo)軌間的不平行性偏差每米不可超過0.05mm
4. 刀架橫向移動對主軸軸線的垂直度允差為0.03/300
5. 主軸的軸向竄動允差0.03/300
本部分的設(shè)計(jì)是如何來完成縱橫向的進(jìn)給運(yùn)動。既然給定用液壓傳動，那么進(jìn)給運(yùn)動就靠液壓缸了。
4.2.1 縱向液壓缸的安置
方案一：
1—主軸箱 2—刀架 3—大拖板 4—縱向液壓缸 5—錠腳
圖4.1 縱向液壓缸安置在齒輪箱處
如圖4.1所示，縱向液壓缸安裝在原來拖板齒輪箱處，液壓缸采用桿固定的雙出桿式。在原來花鍵軸的位置上固定錠腳。液壓缸則通過螺釘和定位銷連接刀架溜板?？v向液壓缸這樣放置，結(jié)構(gòu)緊湊，但設(shè)計(jì)，安裝，調(diào)試復(fù)雜。
方案二：
1——主軸箱 2——刀架拖板 3——跳板
4——支架 5——液壓缸 6——滑板
圖4.2 縱向液壓缸安置于床身導(dǎo)軌上
縱向液壓缸安置在尾架后的床身導(dǎo)軌上，缸固定通過滑板利用調(diào)節(jié)螺釘固定在床身導(dǎo)軌上，錠腳通過支架和跳板來拖動大拖板縱向移動（跳板分別與支架和大拖板相連接）。這樣安置雖然看上去零散，但結(jié)構(gòu)簡單，安裝調(diào)試方便，而且占據(jù)的空間位置并不影響其他裝置。對于舊機(jī)床改造，力求簡單可行，調(diào)試方便，工作可靠，所以，決定采用本方案。如圖4.2所示。
4.2.2 橫向液壓缸的位置
橫向液壓缸的安置有兩種方案，一種是液壓缸放在后導(dǎo)軌上，用支承板來固定液壓缸，這樣安置就刀架拖板部分來講，這樣安置比較有利，對人的操作無影響，但是因?yàn)楸緳C(jī)床上有自動上下料機(jī)構(gòu)，上料機(jī)構(gòu)就安置在后面，要與橫向液壓缸相碰，故此方案不能成立。另一種方案是橫向液壓缸安置在前導(dǎo)軌的大拖板上，用兩個(gè)螺釘固定在大拖板上。這樣安裝雖對工人操作有所影響，但卻是可行的。事實(shí)上，這液壓缸尺寸較小，又是全自動機(jī)床，對工人操作的影響是微乎其微了。
所以，刀架拖板的液壓缸布置如下圖4.3。
圖4.3 橫向及縱向液壓缸安置
4.3 出屑
在原來的6136車床上，鐵屑是靠操作工人排屑的，現(xiàn)在改為自動車床后，不可能再由工人來排屑。一是吸塵，因?yàn)楣ぜ牧蠟榛诣T鐵，加工時(shí)細(xì)小鐵屑易風(fēng)風(fēng)揚(yáng)揚(yáng)，采用吸塵措施可以改善這一情況，細(xì)小的鐵屑都被吸走了，剩下較大的鐵屑怎么辦呢？設(shè)計(jì)時(shí)采用了第二條排屑措施，在大拖板設(shè)置出屑板，出屑板傾斜（和水平面）30°,其高度略小于加工高度，鐵屑落下后就不會堆積在拖板上，而是順斜坡滑到落料機(jī)構(gòu)中，落料機(jī)構(gòu)中的板是網(wǎng)眼板，鐵屑則通過網(wǎng)眼落到下面的容器內(nèi)，這樣排屑問題基本解決了[13]。
5 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算分析
5.1 縱向液壓缸的設(shè)計(jì)
5.1.1 液壓缸的類型和安裝形式
縱向液壓缸是用來拖動刀架拖板在床身導(dǎo)軌上來回移動，根據(jù)總體設(shè)計(jì)，方案的要求選用雙作用單錠腳液壓缸。安裝形式因?yàn)槭撬桨惭b在床身導(dǎo)軌上，故采用切向底座的安裝方式，如下圖5.1所示。
圖5.1 切向底座的安裝方式
5.1.2 液壓缸工作壓力的確定
工作載荷：F=Fx+fs×
Fx——縱車時(shí)的軸向力
F——在垂直方向上的力（包括重力，主求削力）
fs——摩擦系數(shù),取0.2
縱車時(shí)，兩把刀同時(shí)切削，故Fx=Fx+Fx
成形車刀車外圓時(shí)Kr=30°,外圓車刀Kr=60°
——系數(shù),因?yàn)镵r=30°，查表=36
t——切深（mm）根據(jù)零件的尺寸要求，t=1mm
S——進(jìn)給量（mm/轉(zhuǎn)），根據(jù)總體計(jì)算，S=0.7(mm/轉(zhuǎn))
因?yàn)?=36×1×=310N
==51×1×=442N
所以Fx= +=310+440=754N
==99×1×=758N
查表得99
=86.5
= =86.5×1×=622N
= +=758+622=1380N
G---拖板重量，約600N
F= Fx+fs×=754+0.2×=1426N
所以工作負(fù)載F=1562小于5000N，故選用工作壓力為1.2MPa （參考馬恩《液壓與氣壓傳動》[M] 69頁表3—10缸筒內(nèi)徑尺寸系列（GB2348-80））[5]
5.1.3 液壓缸內(nèi)徑及液壓缸活塞桿直徑的確定
液壓缸內(nèi)徑和液壓缸活塞桿的直徑可以由公式得出：
當(dāng)?shù)毒哌M(jìn)行切削時(shí)液壓缸為有桿腔進(jìn)油
D=
F-工作負(fù)載
-活塞桿直徑為0.5D
D=液壓缸內(nèi)徑（mm）
-液壓缸工作壓力（MPa）
p-液壓缸回油腔壓力（MPa）本設(shè)計(jì)中背景壓力為0.5MPa
D= 帶入數(shù)據(jù)得D=67.5mm 取D=70mm
則活塞桿直徑d=0.5×70=35mm
5.1.4 液壓缸的推力和流量計(jì)算
實(shí)際工作推力P=PA（N）
P=PA===3464N
流量計(jì)算：Q=Av
v-液壓缸工作速度
根據(jù)總體設(shè)計(jì)，縱車快退時(shí)間為1.5s
v==3.2
s-行程為80mm
Q=v×A=12.3
取Q=10
代入數(shù)據(jù)，則實(shí)際液壓缸速度為：
v==2.7
t==1.78（s）[10]
5.1.5 活塞桿直徑的驗(yàn)算
按強(qiáng)度條件驗(yàn)算活塞桿的直徑
活塞桿長度為350mm，所以d必須大于或等于
公式中=
-材料屈服極限（Pa）
n-安全系數(shù)，n1.4
活塞桿材料為45號鋼，=353Mpa，n取2
=353÷2=176.5Mpa
D=35mm
所以活塞桿直徑滿足要求。
5.1.6 液壓缸長度及壁厚的確定
液壓缸長度由工作行程來確定，縱向液壓缸的工作行程為80mm，故液壓缸的長度為85mm，液壓缸壁厚的計(jì)算
所以此液壓缸為低壓系統(tǒng)，其壁厚根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，取δ=14mm[4]。
5.1.7 液壓缸外徑的計(jì)算
D=D+2δ=70+2×14=98（mm）
5.1.8 液壓缸進(jìn)出油口尺寸的確定
液壓缸的進(jìn)出口尺寸，是根據(jù)油管內(nèi)的平均流速來確定的，注意要結(jié)構(gòu)上的可能性，按表選取連接螺紋為M22×1.5,公稱直徑為15mm。
5.1.9 液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
a.液壓缸缸體與缸蓋的連接結(jié)構(gòu)
液壓缸缸體與缸蓋采用法蘭連接，如下圖5.2所示。
圖5.2 缸體及缸蓋的法蘭連接
采用法蘭連接結(jié)構(gòu)簡單，容易加工，容易裝卸，法蘭連接在生產(chǎn)中使用廣泛。
b.導(dǎo)向長度的確定
活塞桿的導(dǎo)向是利用前缸蓋來導(dǎo)向的，其最小導(dǎo)向長度為：
式中：H——最小導(dǎo)向長度mm
L——液壓缸最大工作行程mm
D——液壓缸內(nèi)徑mm
H≥=4+35=39mm
c.活塞與活塞桿的連接
圖5.3 活塞與活塞桿的連接
采用螺紋連接，這種連接穩(wěn)固，活塞與錠腳之間無公差要求。
d.密封
液壓缸中的密封采用O形密封，因?yàn)橐簤焊坠ぷ髟诘蛪合到y(tǒng)，而且其結(jié)構(gòu)簡單，方便安裝，空間小，適用范圍廣[3]。
5.2 橫向液壓缸的設(shè)計(jì)
5.2.1 液壓缸的類型和安裝形式
根據(jù)方案設(shè)計(jì)要求，選用雙作用單活塞桿液壓缸，安裝方式采用頭部外法蘭式，如下圖5.4所示。
圖5.4 頭部外法蘭式
5.2.2 液壓缸工作壓力的確定
工作負(fù)載：
車端面時(shí)，成形車刀的Kr=90°
查表=123
F==28×1×=243N
F==123××1=908N
F=
-刀架移動部分的重量，約為30Kg=300N
F= =243+0.2=726.2N
根據(jù)工作負(fù)載選定工作壓力∵F=726.2N＜5000N
故選用工作壓力為1.2MPa
5.2.3 液壓缸內(nèi)徑及液壓缸活塞桿直徑的確定
當(dāng)?shù)毒哌M(jìn)行切削時(shí)，液壓缸為無桿腔進(jìn)油直徑為：
D=
——液壓缸回油腔壓力（mPa）,本設(shè)計(jì)中背壓為0.5mPa
d——活塞桿直徑,暫取d=0.5D
D==
D=33.5mm
取D=50mm
活塞桿直徑根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要取20mm
5.2.4 液壓缸的推力和流量計(jì)算
實(shí)際工作推力P=PA(N)
P=P×A==2356N
流量計(jì)算：Q=Av
根據(jù)總體設(shè)計(jì)，橫向快退時(shí)間初定0.5(s)
v===4800=48
s-行程，橫向液壓缸的行程為40mm
Q=v×A==7.9
取Q=
則液壓缸的實(shí)際速度為：
v===6.1
t==×60=0.4（s）
5.2.5 活塞桿直徑的驗(yàn)算
按強(qiáng)度條件驗(yàn)算錠腳的直徑。
因?yàn)榛钊麠U長度L＜10d=200.故驗(yàn)算公式為
d
=176.5Mpa
==2.320mm
所以活塞桿滿足要求
5.2.6 液壓缸壁厚的計(jì)算和剎那高度的計(jì)算
因?yàn)榇艘簤焊子谜Z低壓系統(tǒng)，其壁厚根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，取δ=10mm
液壓缸長度由工作行程40mm來確定，故液壓缸長度為45mm
5.2.7 壓缸外徑液的計(jì)算
D=D+2δ=50+2×10=80（mm）
5.2.8 液壓缸進(jìn)出油口尺寸的確定
查表液壓缸進(jìn)出油口的公稱直徑為10mm.連接螺紋為M18×1.5
5.2.9 液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
此液壓缸的活塞桿比較短，而且活塞直徑與桿直徑相差不大，故決定采用活塞與活塞桿做成一體的結(jié)構(gòu)。
最小導(dǎo)向長度的確定：
除以上兩點(diǎn)外，橫向液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與縱向液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相似[6]。
5.3 彈簧的設(shè)計(jì)與計(jì)算
根據(jù)胡克定律，高一時(shí)就已學(xué)到，定律內(nèi)容是：在彈簧的彈性限度內(nèi)，彈簧的伸長與受到的拉力成正比。公式表示為：
F=kx
式中的x表示彈簧的伸長，也就是彈簧的現(xiàn)在的長度減去原來的長度得到的數(shù)，k是比例系數(shù)，叫做彈性系數(shù)、勁度系數(shù)或倔強(qiáng)系數(shù)，F(xiàn)表示彈簧的拉力大小。
以下大概介紹了彈簧的優(yōu)勢、特定的應(yīng)用空間和材料選擇原則及計(jì)算校核方法。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上創(chuàng)造性地使用彈簧，可以實(shí)現(xiàn)其獨(dú)特的功能，而先進(jìn)的CAD/CAE計(jì)算手段有助于彈簧的設(shè)計(jì)制造。
本次設(shè)計(jì)為防止換向時(shí)和拖板縱向快退到死擋鐵時(shí)，液壓缸產(chǎn)生沖擊，故在支架之前加一彈簧來起緩沖作用。
根據(jù)工作條件已知：
最大工作負(fù)荷；在最大工作負(fù)荷下的變形量h=14mm;彈簧材料為碳素彈簧鋼絲Ⅱ；端部并緊不磨平；主要參數(shù)的制造精度為2級。
計(jì)算：根據(jù)，以及錠腳的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，查手冊得：如下表5-1中數(shù)據(jù)所示：
表5-1 數(shù)據(jù)
彈簧絲直徑d
中徑D
節(jié)距L
P
單圈變形量
單圈展開長度
單圈剛度P
重量Q
3.5mm
28mm
9.95mm
31.487Kg
f4.606
87．92
6.836
0.065Kg
5.4 螺桿的校核
圖5.5 螺桿校核
當(dāng)橫向液壓缸有桿腔進(jìn)油時(shí)，刀架快退，T形槽帶動螺桿快退，此時(shí)螺桿受剪切力，I處為危險(xiǎn)截面。
危險(xiǎn)截面受到的力為摩擦力。
F=fG
G=300N f=0.2
F=fG=0.2300=60N
圖5.6 螺桿截面
危險(xiǎn)截面面積A=
剪切應(yīng)力：
螺桿的材料為鋼，其許用剪切應(yīng)力為
因?yàn)棣?τ
所以螺桿校核合格[16]。
6 CAM設(shè)計(jì)
CAM (computer Aided Manufacturing，計(jì)算機(jī)輔助制造)的核心是計(jì)算機(jī)數(shù)值控制(簡稱數(shù)控)，是將計(jì)算機(jī)應(yīng)用于制造生產(chǎn)過程的過程或系統(tǒng)。1952年美國麻省理工學(xué)院首先研制成數(shù)控銑床。數(shù)控的特征是由編碼在穿孔紙帶上的程序指令來控制機(jī)床。此后發(fā)展了一系列的數(shù)控機(jī)床，包括稱為“加工中心”的多功能機(jī)床，能從刀庫中自動換刀和自動轉(zhuǎn)換工作位置，能連續(xù)完成銳、鉆、餃、攻絲等多道工序，這些都是通過程序指令控制運(yùn)作的，只要改變程序指令就可改變加工過程，數(shù)控的這種加工靈活性稱之為“柔性”。加工程序的編制不但需要相當(dāng)多的人工，而且容易出錯(cuò)，最早的CAM便是計(jì)算機(jī)輔助加工零件編程工作。麻省理工學(xué)院于1950年研究開發(fā)數(shù)控機(jī)床的加工零件編程語言APT，它是類似FORTRAN的高級語言。增強(qiáng)了幾何定義、刀具運(yùn)動等語句，應(yīng)用APT使編寫程序變得簡單。這種計(jì)算機(jī)輔助編程是批處理的[14]。
CAM系統(tǒng)一般具有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和過程自動化兩方面的功能。CAM所涉及的范圍，包括計(jì)算機(jī)數(shù)控，計(jì)算機(jī)輔助過程設(shè)計(jì)。
數(shù)控除了在機(jī)床應(yīng)用以外，還廣泛地用于其它各種設(shè)備的控制，如沖壓機(jī)、火焰或等離子弧切割、激光束加工、自動繪圖儀、焊接機(jī)、裝配機(jī)、檢查機(jī)、自動編織機(jī)、電腦繡花和服裝裁剪等，成為各個(gè)相應(yīng)行業(yè)CAM的基礎(chǔ)[2]。
計(jì)算機(jī)輔助制造系統(tǒng)是通過計(jì)算機(jī)分級結(jié)構(gòu)控制和管理制造過程的多方面工作，它的目標(biāo)是開發(fā)一個(gè)集成的信息網(wǎng)絡(luò)來監(jiān)測一個(gè)廣闊的相互關(guān)聯(lián)的制造作業(yè)范圍，并根據(jù)一個(gè)總體的管理策略控制每項(xiàng)作業(yè)。
從自動化的角度看，數(shù)控機(jī)床加工是一個(gè)工序自動化的加工過程，加工中心是實(shí)現(xiàn)零件部分或全部機(jī)械加工過程自動化，計(jì)算機(jī)直接控制和柔性制造系統(tǒng)是完成一族零件或不同族零件的自動化加工過程，而計(jì)算機(jī)輔助制造是計(jì)算機(jī)進(jìn)入制造過程這樣一個(gè)總的概念。
一個(gè)大規(guī)模的計(jì)算機(jī)輔助制造系統(tǒng)是一個(gè)計(jì)算機(jī)分級結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)，它由兩級或三級計(jì)算機(jī)組成，中央計(jì)算機(jī)控制全局，提供經(jīng)過處理的信息，主計(jì)算機(jī)管理某一方面的工作，并對下屬的計(jì)算機(jī)工作站或微型計(jì)算機(jī)發(fā)布指令和進(jìn)行監(jiān)控，計(jì)算機(jī)工作站或微型計(jì)算機(jī)承擔(dān)單一的工藝控制過程或管理工作[15]。
計(jì)算機(jī)輔助制造系統(tǒng)的組成可以分為硬件和軟件兩方面：硬件方面有數(shù)控機(jī)床、加工中心、輸送裝置、裝卸裝置、存儲裝置、檢測裝置、計(jì)算機(jī)等，軟件方面有數(shù)據(jù)庫、計(jì)算機(jī)輔助工藝過程設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助數(shù)控程序編制、計(jì)算機(jī)輔助工裝設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助作業(yè)計(jì)劃編制與調(diào)度、計(jì)算機(jī)輔助質(zhì)量控制等。
到目前為止，計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM，Computer Aided Manufacturing）有狹義和廣義的兩個(gè)概念。CAM的狹義概念指的是從產(chǎn)品設(shè)計(jì)到加工制造之間的一切生產(chǎn)準(zhǔn)備活動，它包括CAPP、NC編程、工時(shí)定額的計(jì)算、生產(chǎn)計(jì)劃的制訂、資源需求計(jì)劃的制訂等。這是最初CAM系統(tǒng)的狹義概念。到今天，CAM的狹義概念甚至更進(jìn)一步縮小為NC編程的同義詞。CAPP已被作為一個(gè)專門的子系統(tǒng)，而工時(shí)定額的計(jì)算、生產(chǎn)計(jì)劃的制訂、資源需求計(jì)劃的制訂則劃分給MRPⅡ/ERP系統(tǒng)來完成。CAM的廣義概念包括的內(nèi)容則多得多，除了上述CAM狹義定義所包含的所有內(nèi)容外，它還包括制造活動中與物流有關(guān)的所有過程（加工、裝配、檢驗(yàn)、存貯、輸送）的監(jiān)視、控制和管理。
數(shù)控系統(tǒng)
數(shù)控系統(tǒng)是機(jī)床的控制部分，它根據(jù)輸入的零件圖紙信息、工藝過程和工藝參數(shù)，按照人機(jī)交互的方式生成數(shù)控加工程序，然后通過電脈沖數(shù)，再經(jīng)伺服驅(qū)動系統(tǒng)帶動機(jī)床部件作相應(yīng)的運(yùn)動[9]。
傳統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床（NC）上，零件的加工信息是存儲在數(shù)控紙帶上的，通過光電閱讀機(jī)讀取數(shù)控紙帶上的信息，實(shí)現(xiàn)機(jī)床的加工控制。后來發(fā)展到計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC），功能得到很大的提高，可以將一次加工的所有信息一次性讀入計(jì)算機(jī)內(nèi)存，從而避免了頻繁的啟動閱讀機(jī)。更先進(jìn)的CNC機(jī)床甚至可以去掉光電閱讀機(jī)，直接在計(jì)算機(jī)上編程，或者直接接收來自CAPP的信息，實(shí)現(xiàn)自動編程。后一種CNC機(jī)床是計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)備?，F(xiàn)代CNC系統(tǒng)常具有以下功能：
(1) 多坐標(biāo)軸聯(lián)動控制;
(2) 刀具位置補(bǔ)償;
(3) 系統(tǒng)故障診斷;
(4) 在線編程;
(5) 加工、編程并行作業(yè);
(6) 加工仿真;
(7) 刀具管理和監(jiān)控;
(8) 在線檢測。
所謂數(shù)控編程是根據(jù)來自CAD的零件幾何信息和來自CAPP的零件工藝信息自動或在人工干預(yù)下生成數(shù)控代碼的過程。常用的數(shù)控代碼有ISO（國際標(biāo)準(zhǔn)化組織）和EIA（美國電子工業(yè)協(xié)會）兩種系統(tǒng)。其中ISO代碼是七位補(bǔ)偶代碼，即第8位為補(bǔ)偶位；而EIA代碼是六位補(bǔ)奇碼，即第5列為補(bǔ)奇位。補(bǔ)偶和補(bǔ)奇的目的是為了便于檢驗(yàn)紙帶閱讀機(jī)的讀錯(cuò)信息。一般的數(shù)控程序是由程序字組成，而程序字則是由用英文字母代表的地址碼和地址碼后的數(shù)字和符號組成。每個(gè)程序都代表著一個(gè)特殊功能，如G00表示點(diǎn)位控制，G33表示等螺距螺紋切削，M05表示主軸停轉(zhuǎn)等。一般情況下，一條數(shù)控加工指令是若干個(gè)程序字組成的，如N012G00G49X070Y055T21中的N012表示第12條指令，G00表示點(diǎn)位控制，G49表示刀補(bǔ)準(zhǔn)備功能，X070和Y055表示X和Y的坐標(biāo)值，T21表示刀具編號指令。整個(gè)指令的意義是：快速運(yùn)動到點(diǎn)（70，55），一號刀取2號撥盤上刀補(bǔ)值[7]。
數(shù)控編程的方式一般有四種：
（1） 手工編程；
（2） 數(shù)控語言編程；
（3） CAD/CAM系統(tǒng)編程；
（4） 自動編程。
6.1 襯套的CAM
該襯套材料為45鋼，對同軸度和粗糙度要求較高，所以選擇CAM制造。
如圖6.1為所需要制造的零件：
圖6.1襯套
模擬加工圖，如圖6.2：
圖6.2襯套模擬加工
襯套CAM制作步驟：
1.進(jìn)行三維造型；
2.選材料，其材料為45鋼；
3.為滿足表面粗糙度要求，確定為銑削后進(jìn)行精車削；
4.選擇適合刀具及切削量；
5.進(jìn)行模擬加工；
6.系統(tǒng)對其進(jìn)行計(jì)算；
7.自動生成加工數(shù)控?cái)?shù)據(jù)（見附錄）。
7 結(jié)論與展望
7.1 結(jié)論
大學(xué)四年學(xué)習(xí)中，屠德剛老師給予了我們許多幫助，教給我們許多為人處世的道理，傳授給我們許多理論知識，我們在各方面都得到了很大的進(jìn)步。我們從心底感謝四年來老師對我們的諄諄教誨，感謝學(xué)校為我們提供了一個(gè)良好的學(xué)習(xí)環(huán)境。四年中我們所學(xué)到的扎實(shí)的專業(yè)理論知識，為我們能擬寫出優(yōu)秀的畢業(yè)論文打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，也為我們能順利地走上工作崗位提供了保障。
就我個(gè)人而言，我希望能通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)對自己未來將從事的工作進(jìn)行一次適應(yīng)性訓(xùn)練，從中鍛煉自己分析問題，解決問題的能力。因此在設(shè)計(jì)過程中，需仔細(xì)分析、計(jì)算各種參數(shù)，確保設(shè)計(jì)的合理性、經(jīng)濟(jì)性、可加工性等?？梢栽诮窈蟮墓ぷ髦性谥R、能力和素質(zhì)方面得到進(jìn)一步提高。為今后參加祖國的四個(gè)現(xiàn)代化建設(shè)打下一個(gè)良好的基礎(chǔ),為祖國的發(fā)展出一份力量。
在本次設(shè)計(jì)過程中還有許多不足的地方，懇請各位老師給予指導(dǎo)和幫助。
7.2 展望
數(shù)控技術(shù)和專用化改造的應(yīng)用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化，使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征，而且隨著數(shù)控和改造技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，對國計(jì)民生的一些重要行業(yè)（IT、汽車、輕工、醫(yī)療等）的發(fā)展起著越來越重要的作用，因?yàn)檫@些行業(yè)所需裝備的數(shù)字化已是現(xiàn)代發(fā)展的大趨勢，對提高產(chǎn)品質(zhì)量、勞動生產(chǎn)率、自動化、無污染、減少材料消耗等起到愈來愈重要的作用。
致 謝
在屠德剛老師的精心指導(dǎo)和幫助下，經(jīng)過自己幾個(gè)月地認(rèn)真設(shè)計(jì)，最終完成了大四畢業(yè)設(shè)計(jì)階段的所有任務(wù)——全自動液壓專用機(jī)床改造設(shè)計(jì)。
這次做論文的經(jīng)歷也會使我終身受益，我感受到做論文是要真真正正用心去做的一件事情，是真正的自己學(xué)習(xí)的過程和研究的過程，沒有學(xué)習(xí)就不可能有研究的能力，沒有自己的研究，就不會有所突破，那也就不叫論文了。希望這次的經(jīng)歷能讓我在以后學(xué)習(xí)中激勵(lì)我繼續(xù)進(jìn)步。不積跬步何以至千里，本次設(shè)計(jì)能夠順利的完成，也歸功于各位任課老師的認(rèn)真負(fù)責(zé)，使我能夠很好的掌握和運(yùn)用專業(yè)知識，并在設(shè)計(jì)中得以體現(xiàn)。正是有了他們的悉心的幫助和支持，才使我的畢業(yè)論文工作順利完成，在此，我還要感謝每一位關(guān)心我的老師，使我在大學(xué)四年過完了一個(gè)充實(shí)而又開心的生活。
最后，我要向太湖學(xué)院的全體老師表示由衷的謝意。感謝他們四年來的辛勤栽培。
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25
附錄
G40 G17 G49 G80
(Tool_Name:D8 Tool_No:0 Cavity Milling )
G91 G28 Z0.0
G00 G90 G54 X3.095 Y3.526 S0 M03
G43 Z33. H00 M08
G03 X-.031 Y-1.955 Z29. R3.6 F250.
G01 X0.0
G03 X1.955 Y0.0 R1.955
X0.0 Y1.955 R1.955
X-1.955 Y0.0 R1.955
X-.031 Y-1.955 R1.955
G01 X-.094 Y-5.954
G03 X0.0 Y-5.955 R5.955
X5.955 Y0.0 R5.955
X0.0 Y5.955 R5.955
X-5.955 Y0.0 R5.955
X-.094 Y-5.954 R5.955
G01 X-7.531 Y-1.005
G03 X-7.779 Y-2.85 R7.
X-2.625 Y-9.603 R7.
X-.156 Y-9.954 R9.955
X0.0 Y-9.955 R9.955
X9.955 Y0.0 R9.955
X0.0 Y9.955 R9.955
X-9.955 Y0.0 R9.955
X0.0 Y-9.955 R9.955
X2.322 Y-9.68 R9.955
X7.208 Y-5.423 R7.
G00 Z32.
X3.095 Y3.526
G03 X-.031 Y-1.955 Z28. R3.6
G01 X0.0
G03 X1.955 Y0.0 R1.955
X0.0 Y1.955 R1.955
X-1.955 Y0.0 R1.955
X-.031 Y-1.955 R1.955
G01 X-.094 Y-5.954
G03 X0.0 Y-5.955 R5.955
X5.955 Y0.0 R5.955
X0.0 Y5.955 R5.955
X-5.955 Y0.0 R5.955
X-.094 Y-5.954 R5.955
G01 X-7.531 Y-1.005
G03 X-7.779 Y-2.85 R7.
X-2.625 Y-9.603 R7.
X-.156 Y-9.954 R9.955
X0.0 Y-9.955 R9.955
X9.955 Y0.0 R9.955
X0.0 Y9.955 R9.955
X-9.955 Y0.0 R9.955
X0.0 Y-9.955 R9.955
X2.322 Y-9.68 R9.955
X7.208 Y-5.423 R7.
G00 Z31.
X3.095 Y3.526
G03 X-.031 Y-1.955 Z27. R3.6
G01 X0.0
G03 X1.955 Y0.0 R1.955
X0.0 Y1.955 R1.955
X-1.955 Y0.0 R1.955
X-.031 Y-1.955 R1.955
G01 X-.094 Y-5.954
G03 X0.0 Y-5.955 R5.955
X5.955 Y0.0 R5.955
X0.0 Y5.955 R5.955
X-5.955 Y0.0 R5.955
X-.094 Y-5.954 R5.955
G01 X-7.531 Y-1.005
G03 X-7.779 Y-2.85 R7.
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X-9.955 Y0.0 R9.955
X0.0 Y-9.955 R9.955
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X-.094 Y-5.954 R5.955
G01 X-7.531 Y-1.005
G03 X-7.779 Y-2.85 R7.
X-2.625 Y-9.603 R7.
X-.156 Y-9.954 R9.955
X0.0 Y-9.955 R9.955
X9.955 Y0.0 R9.955
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X2.322 Y-9.68 R9.955
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X3.095 Y3.526
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G01 X-7.531 Y-1.005
G03 X-7.779 Y-2.85 R7.
X-2.625 Y-9.603 R7.
X-.156 Y-9.954 R9.955
X0.0 Y-9.955 R9.955
X9.955 Y0.0 R9.955
X0.0 Y9.955 R9.955
X-9.955 Y0.0 R9.955
X0.0 Y-9.955 R9.955
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G03 X-7.779 Y-2.85 R7.
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G00 Z24.
X3.095 Y3.526
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G01 X-.094 Y-5.954
G03 X0.0 Y-5.955 R5.955
X5.955 Y0.0 R
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